Puesta a Tierra - Procobre

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9.4.4 Dispositivos de protección de onda
Habiendo ya diseñado el sistema de protección contra descarga atmosférica, pueden identificarse rápidamente las
áreas principales de riesgo y tomar precauciones adicionales, donde sea necesario, para proteger equipo electrónico.
La puesta a tierra, el apantallamiento y la conexión equipotencial no pueden garantizar siempre inmunidad frente a
una interferencia. Así, los dispositivos de protección de onda complementan esta protección donde sea necesario y
forman la última parte de la defensa formal. Existe un amplio rango de dispositivos disponibles para este propósito.
Generalmente, están diseñados para derivar la energía asociada con un sobre-voltaje hacia el sistema de puesta a tierra
para evitar que éste provoque ruptura de la aislación en el interior de algún equipo.
El voltaje de operación esta bajo el nivel al cual se puede producir daño al equipo protegido. Estos son
dispositivos limitadores de voltaje, normalmente varistores de óxido metálico, que se conectan entre fase y tierra.
Otros dispositivos manejados por voltaje bruscamente cambian de alta a baja resistencia cuando se supera un voltaje
umbral. Estos incluyen chisperos y tubos de descarga de gas. Otros dispositivos empleados incluyen filtros de
atenuación de onda (para dar protección adicional a equipo electrónico sensible) y barreras de onda (donde penetran o
salen cables del edificio).
9.5 Protección de líneas de potencia contra descarga atmosférica
La mayoría de las líneas de transmisión y distribución de alta tensión están instaladas sobre torres enrejadas de
acero. Debido a la longitud de estas líneas, si penetran en una zona con actividad atmosférica significativa, son
susceptibles de recibir impactos de rayo directos y efectos inducidos debido a la caída de rayos en la vecindad o a
descargas entre nubes. Para dar la protección adecuada, se incorpora un cable de tierra por sobre los conductores.
Este cable está puesto a tierra al comienzo y al término de cada línea y en todas las posiciones de soporte. En general,
el electrodo de tierra en el punto de soporte está formado por las patas de acero de la torres, enterradas en concreto en
el suelo. Esto proporciona normalmente una impedancia a frecuencia de potencia de 10 ohms o menos. Sin embargo,
en suelo de alta resistividad, la impedancia puede ser demasiado alta y en ese caso deben instalarse electrodos de tierra
adicionales.
El arreglo de electrodos de tierra puede ser un lazo horizontal situado a un metro o más hacia afuera de cada pie
de torre, posiblemente con algunas barras verticales conectadas a él. Con resistividad de suelo alta, puede ser necesario
instalar electrodos horizontales largos (digamos 20 metros) dirigidos radialmente hacia afuera desde los pies de la
torre. En los casos peores, se agrega un alambre de tierra enterrado que sigue a la línea en forma subterránea. En
diseños de línea antiguos, algunas veces se instaló entre las patas de la torre secciones de tubería de fierro fundido,
pero en esta posición normalmente no es significativo el mejoramiento de la impedancia a tierra.
Si un rayo impacta una torre, entonces parte de la corriente asociada será derivada a tierra por la base de la torre
y otra parte viajará a las torres adyacentes a través del cable de tierra aéreo. El voltaje que aparece en la torre puede ser
suficiente en algunos casos para superar el voltaje de ruptura de los aisladores de la línea y ocurrirá una descarga de
retorno (back flashover) desde la torre a los conductores de fase. A menudo a esta descarga le seguirá una descarga de
frecuencia de potencia. Se instalan dispositivos de protección contra sobrevoltajes, para proteger equipos en líneas
aéreas. Estos incluyen derivadores de onda y una variedad de chisperos. Estos últimos consisten en una o más varillas
de acero conectadas a los conductores de fase y a una distancia establecida de una varilla o placa puesta a tierra.
Cuando el voltaje supera un determinado valor, el espacio de aire entre ambos se rompe eléctricamente y deriva al
sistema de puesta a tierra la energía asociada con la descarga.
La interferencia ocurre en todo momento en circuitos eléctricos, pero afortunadamente en la mayoría de los
casos no se percibe. Esto puede deberse al diseño de la instalación o al grado de inmunidad del equipo que se usa, tal
que sigue su operación a pesar de la interferencia. Las consecuencias de la interferencia pueden ser desde golpecitos
audibles en sistemas de alta fidelidad, parpadeo de la luz (flicker), pérdida de datos en sistemas de procesamiento de
información, operación incorrecta de equipo. Estos últimos ejemplos pueden ser muy costosos en términos de
pérdidas de producción, además del costo debido al daño del equipo.
La interferencia es particularmente problemática para circuitos de comunicación y de procesamiento de datos,
los cuales requieren alto grado de calidad. Parte de la razón para esto es porque el equipo electrónico del cual
provienen estos cables tiene un “plano de referencia de tierra” al cual se refieren las señales digitales. Para evitar
voltajes excesivos en el interior del equipo, el plano de referencia de tierra se conecta normalmente al gabinete
metálico del equipo. Este a su vez se conecta al sistema de puesta a tierra principal. Los cables de comunicación tienen
normalmente una pantalla puesta a tierra, pero también contienen un conductor de referencia de señal que se conecta
a la tierra de referencia. Los problemas surgen cuando se hacen arreglos especiales para evitar la conexión de equipo
adyacente a través de la pantalla de cable o blindaje. Sin embargo, ellos pueden estar conectados inadvertidamente por
medio del conductor de la tierra de referencia.